Процесс изготовления печатной платы
1. Особенностями производства ЭВМ:
Изготовление печатной платы это кропотливая и трудоемкая работа, так как в ней большое количество различных элементов, а следовательно и соединений между ними. Кроме того работа усложняется еще и тем, что все эти детали маленького размера.
При изготовлении плат используют уже готовые элементы. Современная промышленность освоила массовый выпуск этих элементов, причем они отличаются высоким качеством, а это является одним из главных факторов при изготовлении печатных плат.
Разработка и изготовление печатных плат главным образом зависит от доли участия автоматизированных методов проектирования с использованием ЭВМ. Это облегчает процесс изготовления печатных плат и укорачивает время их изготовления.
При использовании печатных плат можно достич следующих результатов:
- возможность уменьшения габаритных размеров изделия;
- устойчивость к воздействиям окружающей среды;
- унификация и стандартизация конструктивных изделий;
- гарантированная стабильность электрических характеристик;
- можно достичь автоматизированной сборки всего изделия;
и т.д.
2. Назначение устройства.
Эта стадия работ является связующим звеном между проектом и воплощением этого проекта в жизнь. ЭВМ предназначена для выполнения операции выравнивания порядков перед сложением чисел. Данная операция производится над числами с плавающей запятой в дополнительном коде.
Блок АЛУ является одним из основных элементов в ЭВМ. Этот элемент предназначен для выполнения логических и арифметических операций в компьютере.
3. Конструктивные особенности.
В ЭВМ используют 5 модульных уровней. Они могут автономно налаживаться, изготавливаться и корректироваться. У каждого модульного уровня есть своя типовая конструкция, которая построена на принципе совместимости двух соседних модулей.
- Модули первого уровня: ИМС, осуществляющая операции логического преобразования информации.
- Модули второго уровня. ТЭЗ типовые элементы замены или ячейки. Связующей основой которых, является ПП - печатная плата.
- Модули третьего уровня – панели (блоки), которые с помощью плат или каркасов объединяют ТЭЗы или ячейки в конструктивный узел. На этом уровне может быть получена самостоятельно действующая мини-ЭВМ.
- Модули четвертого уровня - рамы или каркасы.
- Модули пятого уровня – объединение в стойки и шкафы.
4. Эксплуатационные требования.
Поскольку ЭВМ могут использоваться в различных условиях, которые в основном зависят от климатических условий, то все это должно учитываться при изготовлении ЭВМ. После сборки ЭВМ подвергают испытаниям.
Методикой испытаний предусмотрено испытание ЭВМ в различных климатических зонах и при “высокой” температуре.
Исходя из этого оказался наиболее выгодным способ изготовления устройств на печатных платах. При этом используются микросхемы серии 555. изготовление печатных плат оказалось выгодным так же из-за того, что у нее большая площадь, что способствует более быстрому охлаждению.
5. Выбор типа производства.
Единичное производство – это такое производство, при котором изделие выпускается единичными экземплярами. Данный способ производства не экономичен, так как выпускается малое количество изделий, требуется специальное дорогостоящее оборудование, на котором должны работать высококвалифицированные рабочие.
Серийное производство – отличается сравнительно небольшим количеством производимого материала.
Универсальное производство – этот тип производства требует специальное оборудование, группировки оборудования по различным рабочим зонам, а так же рабочих не высокой квалификации. Этот метод является более экономичным, чем предыдущие.
Для массового производства характерен не сложный и небольшой объем работ при обрабатывании изделия, используется высокопроизводительное оборудование. Данный вид производства напоминает конвейер, вдоль которого, в соответствии с технологическим процессом расположено производственное оборудование, на котором могут работать низкоквалифицированные рабочие.
Тип производства определяется в зависимости от габаритов, веса и размера годовой программы выпуска изделий. Также тип производства является основным критерием при определении характера технологического процесса и его построения.
5.1 Сравнительные характеристики методов производства и обоснование применяемого в данном проекте.
Достоинствами ПП являются:
- производство можно автоматизировать.
- возможно повысить качество изделий.
- Стабильность и повторяемость электрических характеристик.
- Увеличение плотности монтажа.
Все ПП делятся на следующие классы:
1. Опп – односторонняя печатная плата.
Элементы располагаются с одной стороны платы. Характеризуется высокой точностью выполняемого рисунка.
2. ДПП – двухсторонняя печатная плата.
Рисунок распологается с двух сторон, элементы с одной стороны. ДПП на металлическом основании используються в мощных устройствах.
3. МПП – многослойная печатная плата.
Плата состоит из чередующихся изоляционных слоев с проводящим рисунком. Между слоями могут быть или отсутствовать межслойные соединения.
4. ГПП - гибкая печатная плата.
Имеет гибкое основание, аналогична ДПП.
5.ППП - проводная печатная плата.
Сочетание ДПП с проводным монтажом из изолированных проводов.
Достоинства МПП:
+ Уменьшение размеров, увеличение плотности монтажа.
+ Сокращение трудоёмкости выполнения монтажных операций.
Недостатки МПП:
Более сложный ТП.
По условиям технического задания устройство состоит из 53 микросхем. Следовательно, печатная плата должна быть многослойной. Существует 3 метода изготовления многослойных печатных плат:
1. Металлизация сквозных отверстий.
Данный метод основан на том, что слои между собой соединяются сквозными, металлизированными отверстиями.
Достоинства:
Простой ТП.
Высокая плотность монтажа.
Большое колличество слоёв.
2. Попарное прессование .
Применяется для изготовления МПП с четным количеством слоёв.
Достоинства:
Высокая надёжность.
Простота ТП.
Допускается установка элементов как с штыревыми так и с
планарными выводами.
3. Метод послойного наращивания.
Основан на последовательном наращивании слоёв.
Достоинства:
Высокая надёжность.
Мпп изготавливают методами построенными на типовых операциях используемых при изготовлении ОПП и ДПП.
Исходя из соображений технологичности производства, я выбираю метод металлизации сквозных отверстий, так как он наиболее подходит к выбранной мною схеме среднесерийного производства.
Так как на среднесерийном производстве используется автоматизация производства, для разработки чертежей платы я использовал программы автоматической трассировки P-CAD, которая создала 4 слоя платы размером 160´180 мм. Из этого получается один двухсторонний слой и два односторонних слоя для внешних слоёв.
Выходные файлы системы P-CAD позволяют значительно автоматизировать дальнейший технологический процесс в таких сложных операциях как сверление межслойных отверстий.
6. Составление блок схемы типового техпроцесса.
Правильно разработанный ТП должен обеспечить выполнение всех требований, указанных в чертеже и ТУ на изделие, высокую производительность. Исходными данными для проектирования технологического процесса являются: чертежи детали, сборочные чертежи, специализация деталей, монтажные схемы, схемы сборки изделий, типовые ТП.
Типовой ТП характеризуется единством содержания, и последовательностью большинства технологических операций для группы изделий с общими конструктивными требованиями.
Типовой ТП разрабатываемый с учётом последних достижений науки и техники, опыта передовых производств, что позволяет значительно сократить цикл подготовки производства и повысить производительность за счёт применения более совершенных методов производства.
При изготовлении ЭВМ и их блоков широко применяют прогрессивные типовые ТП, стандартные технологические оснастки, оборудование, средства механизации и автоматизации производственных процессов.
Учитывается информация о ранее разработанных технологических процессах, особенностях и схемы изделия, типе производства.
Печатные платы – элементы конструкции, которые состоят из плоских проводников в виде покрытия на диэлектрическом основании обеспечивающих
Соединение электрических элементов.
Достоинствами печатных плат являются:
Увеличение плотности монтажных соединений и возможность микро миниатюризации изделий.
Гарантированная стабильность электрических характеристик
Повышенная стойкость к климатическим и механическим воздействиям.
Унификация и стандартизация.
Возможность комплексной автоматизации монтажно-сборочных работ.
Заданное устройство будет изготавливаться по типовому ТП.
Так как он полностью соответствует моим требованиям.
6.1 Блок схема типового техпроцесса.
6.2 Описание ТП.
Для изготовления многослойных печатных плат подходит метод металлизации сквозных отверстий.
Их выполняют на заготовках фольгированного диэлектрика. Поверхность заготовки должна быть ровной и без зазубрин на краях. Этого достигают обработкой заготовок на крацевальном станке, после чего она обезжиривается в соляной кислоте. Отверстия получают высверливанием на универсальном станке с ЧПУ, ориентируясь на метки совмещения, расположенные на технологическом поле.
Затем, с помощью эпоксидной смолы, заготовки склеивают под прессом при высокой температуре ориентируясь по базовым отверстиям.
Сначала плиты пресса подогревают до 120…130°С. в этом состоянии заготовка находится около 15 – 20 минут. Дальше температуру повышают до 150…160°С, при этом увеличивают давление. Охлаждение идет при том же давлении.
Из – за загрязнения плат в течении обработки их подвергают гидроабразивному воздействию в отверстиях. Если отверстий очень много, то очистку можно провести ультразвуком. Потом плату моют в горячей и холодной воде.
Дальше происходит металлизация отверстий. Для этого подходит химический и гальванический метод. После этого удаляют маску.
После изготовления плату проверяют на специальном стенде, где устанавливают ее пригодность к работе.
Далее идет операция гальванического осаждения меди. Она производится на линии АГ – 44. с помощью этой установки достигается нужная толщина меди на плате. После этой операции производят контроль каждой платы на толщину и качество нанесения меди.
В дальнейшем плата обрабатывается по краям на станке CМ-600-Ф2 с определенной насадкой. С помощью этой операции достигается очистка платы от ненужного стеклотекстолита и подгоняют нужный размер.
Маркировка ПП производиться методом сеткографии. Эта операция производится на станке CДC-1. с помощью этого станка можно производить надписи определенным шрифтом.
В конце сборки платы ее еще раз проверяют на специальном стенде.
7. Выбор материала.
Во многослойных печатных плат используются различные стеклотекстолиты. В данной печатной плате, поскольку устройство должно работать в условиях высоких температур, был использован двухсторонний фольгированный стеклотекстолит с повышенной теплостойкостью СТФ-2. он был использован для внутренних слоев. Для внешних слоёв был использован аналогичный односторонний фольгированный стеклотекстолит с повышенной теплостойкостью СТФ-1.
Фольгированный стеклотекстолит обладает следующими характеристиками:
Фольгированный стеклотекстолит СТФ:
Диапазон рабочих температур –60 +150 с°.
Толщина материала 0.1-3 мм.
Толщина фольги 18-35 мм.
Напряжение пробоя 30Кв/мм.
Фоторезист СПФ2:
Проявитель метилхлороформ.
Тип негативный.
Разрешающая способность 100-500.
Раствор удаления хлористый метилен.
